İşlevselleştirmenin ve duyarlılaştırmanın metal-oksit gaz sensörlerine etkisinin incelenmesi ve algılama özelliklerinin geliştirilmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, TiO2 nanoçubukları (NR'ları); n-n-tip heteroeklemlerinin gaz algılama özelliklerini incelemek amacıyla WO3 nanoparçacıkları (NP'ları) ile işlevselleştirilmiştir. TiO2 NR'ları flor katkılı kalay oksit ince filmi kaplı cam (FTO) altlık üzerine hidrotermal yöntemi ile büyütülmüştür. Sonra, fiziksel saçtırma yöntemi ile TiO2 NR'larının yüzeyi tungsten ile kaplanmış ve ardından da WO3 NP'larını elde etmek için ısıl işlem uygulanmıştır. Sentezlenmiş örneklerin yapısı ve yüzey morfolojisi taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı x-ışını (EDX) spektroskopisi ve X-ışını difraksiyonu (XRD) gibi yöntemler ile incelenmiştir. Elde edilen sensör aygıtları toluen, ksilen, aseton, etanol gibi uçucu organık bileşiklere (UOB'lara) ve bağıl neme karşı tepkileri irdelenmiştir. Deneysel sonuçlara göre, heteroyapıların en uygun çalışma sıcaklığı 200 ?C olarak belirlenmiştir. Bunun yanı sıra n-n-tip WO3/TiO2 heteroyapılarının aseton dışında tüm gazlara karşı tepkisinin arttığı tespit edilmiştir. Özellikle işlevselleştirilmiş sensörün etanole karşı tepkisi 200 ?C çalışma sıcaklığında 18 kat artmıştır. Bu artış TiO2 NR'ları WO3 NP'ları ile işlevsellertirme sonucunda oluşan heteroekleme ait olduğu belirlenmektedir. Son olarak da n-n-tip WO3/TiO2 heteroyapılarının 225 ppm etanole cevap süresi ve geri dönüş süresi aynı – 6 dk olarak tespit edilmiştir.In this thesis, TiO2 nanorods (NRs) were modified by decorating with WO3 nanoparticles (NPs) to investigate n-n-type heterojunction gas sensing properties. TiO2 NRs were fabricated via hydrothermal method on fluorine-doped tin oxide coated glass (FTO) substrates. Then, tungsten was sputtered on the TiO2 NRs and thermally oxidized to obtain WO3 NPs. The heterostructure was characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray (EDX) spectroscopy and X-ray diffraction. Fabricated sensor devices were exposed VOCs such as toluene, xylene, acetone and ethanol, and humidity at different operation temperatures. The experimental results demonstrated that an optimal operation temperature of the heterostructures is 200 ?C. It was observed that n-n-type WO3/TiO2 heterostructure enhanced the sensor performance of TiO2 NRs against almost all tested gases, except acetone which is not detected with any sensors. Ethanol sensing properties of TiO2 NRs were increased to 18-fold when they were modified by WO3 NPs at 200 ?C. Enhanced sensing properties are attributed to the heterojunction formation by modification TiO2 NRs with WO3 NPs. Moreover, response time and recovery time of n-n-type WO3/TiO2 heterostructure towards ethanol were estimated as 6 minutes.